DE10001171A1 - Gage block used in measuring an accurate length as standard - Google Patents
Gage block used in measuring an accurate length as standardInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Endmaß, welches bei der Messung einer genauen Längenabmes sung als Normal verwendet wird.The invention relates to a gauge block which is used in the measurement of an exact length dimension solution is used as normal.
Bei dem Messen einer genauen Längenabmessung wird ein Endmaß als Normal angewen det. Das Endmaß muß ausgezeichnete Abrieb- und Korrosionsbeständigkeiten aufweisen, da es der Standard für die genaue Messung der Abmessung ist. Wenn das Endmaß abgenutzt oder erodiert ist, kann es nicht mehr als Norm nützlich sein. Außerdem kann das "Ringing" (?) nicht durchgeführt werden, in welchem das Endmaß so angewendet wird, dass es ein anderes Endmaß eng kontaktiert. Daher sind bisher Stahl, Keramik, Glas niedriger Wärme dehnung und so weiter als Materialien des Endmaßes genutzt worden.When measuring an exact length dimension, a gauge block is used as normal det. The gauge block must have excellent abrasion and corrosion resistance because it is the standard for accurate measurement of dimension. When the gauge block wears out or eroded, it can no longer be useful as a norm. In addition, the "ringing" (?) in which the gauge block is applied so that it is a other gauge block contacted closely. For this reason, steel, ceramics and glass have been low heat so far stretch and so on have been used as materials of gauge.
Ein Endmaß aus einem Metall wie bei Stahl ist leicht erosiv und daher nicht ausreichend in der Korrosionsbeständigkeit. Also muß das Stahlendmaß unter einer vollständig antikorro siven Umgebung gehalten werden, was ein Nachteil bleibt, da seine Handhabung extrem kompliziert wäre. Zum Beispiel sollten während seiner Handhabung immer antikorrosive Handschuhe getragen werden. Es ist kürzlich versucht worden, die Abrieb- und Korrosions beständigkeit metallischer Endmaße zu verbessern, um das obige Problem zu lösen. Es braucht jedoch eine lange Zeit, Materialien auszuwählen, zu erhitzen und so weiter, was einen anderen Nachteil durch Erhöhung der Herstellkosten mit sich bringt.A gauge block made of a metal like steel is slightly erosive and therefore not sufficient corrosion resistance. So the steel gauge block must be completely anticorro sive environment, which remains a disadvantage because its handling is extreme would be complicated. For example, should always be anti-corrosive during its handling Gloves are worn. It has recently been tried to reduce abrasion and corrosion to improve the resistance of metal gauge blocks to solve the above problem. It however, it takes a long time to select materials, heat and so on what brings another disadvantage by increasing manufacturing costs.
Insbesondere muß das Stahlendmaß den Abriebwiderstand erhöhen durch Erhitzung (Ab schreckhärtung), um seine Härte zu erhöhen. Die Abschreckhärtung verursacht jedoch eine strukturelle Veränderung, welche leider zu zeitabhängigen Veränderungen in der Abmes sung führt. Außerdem erhöht die Abschreckhärtung die Kosten. In particular, the steel gauge block must increase the abrasion resistance through heating (Ab shock hardening) to increase its hardness. However, quench hardening causes one structural change, which unfortunately leads to time-dependent changes in dimensions solution leads. Quench hardening also increases costs.
Im Gegensatz dazu sind kürzlich einige Methoden angewendet worden, um die zeitabhängi gen Veränderungen in der Abmessung zu reduzieren. Sie umfassen spezielle Wärmebehand lungen wie beispielsweise eine Tieftemperatur- oder Temperbehandlung. Sie umfassen auch eine künstliche Alterungsbehandlung und natürliche Alterung. Jedoch können derzeit nicht immer ausreichende Wirkungen erzielt werden. Außerdem erhöht die Spezialbehandlung die Kosten noch mehr.In contrast, some methods have recently been used to measure the time-dependent to reduce changes in dimension. They include special heat treatment lungs such as a low-temperature or tempering treatment. They also include an artificial aging treatment and natural aging. However, currently cannot sufficient effects are always achieved. The special treatment also increases the Cost even more.
Die Veröffentlichung JP 8-20201 (B) offenbart eine Technik, die eine harten dünnen Film über die Bezugsfläche eines Endmaßes bildet. Diese Technik richtet sich hauptsächlich dar auf, zu verhindern, dass die Bezugsfläche kontaminiert wird, und beabsichtigt, einen harten dünnen Film mit einer rauhen Oberfläche zu bilden. Die Bildung solch einer Rauhigkeit auf der Bezugsfläche macht es unmöglich, das "Ringing" durchzuführen, in welchem eine Mehrzahl von Endmaßen angewendet wird, wobei eine Bezugsfläche eine andere eng kon taktiert. Die Durchführung des "Ringing" erfordert eine Fläche, die eine hohe Glattheit und keine Rauhigkeit als Bezugsfläche des Endmaßes aufweist.The publication JP 8-20201 (B) discloses a technique using a hard thin film forms over the reference surface of a gauge block. This technique is mainly aimed at to prevent the reference surface from becoming contaminated and intends to use a hard one to form a thin film with a rough surface. The formation of such a roughness of the reference surface makes it impossible to carry out the "ringing" in which one A plurality of gauge blocks is used, one reference surface constricting another closely clocked. Performing the "ringing" requires an area that is high in smoothness and has no roughness as the reference surface of the gauge block.
Ein Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Endmaßes, welches ausgezeichnete Abrieb- und Korrosionsbeständigkeit aufweist ohne zeitabhängige Veränderungen in der Abmes sung, und welche kostengünstig hergestellt werden kann.An object of the invention is to create a gauge block which has excellent abrasion and has corrosion resistance without time-dependent changes in dimensions solution, and which can be produced inexpensively.
Die Erfindung ist versehen mit einem Endmaß, welches einen Endmaßkörper und einen diamantartigen darauf beschichteten Kohlenstoff-Film umfaßt.The invention is provided with a gauge block, which has a gauge block and a diamond-like carbon film coated thereon.
In der Erfindung kann das Endmaß vorzugsweise ein Rohstahlmaterial umfassen, das nicht gehärtet ist, oder ein Rohstahlmaterial mit wenigstens einer Bezugsfläche, die abschreckge härtet ist.In the invention, the gauge block may preferably comprise a raw steel material that is not is hardened, or a raw steel material with at least one reference surface, the quenching hardens.
Gemäß der Erfindung können das Betriebsverhalten und die Zuverlässigkeit des Endmaßes verbessert werden durch Aufbringen des diamantartigen Kohlenstoff-Filmes (DLC-Film), der ausgezeichnete Abrieb- und Korrosionsbeständigkeit aufweist.According to the invention, the performance and the reliability of the gauge block be improved by applying the diamond-like carbon film (DLC film), which has excellent abrasion and corrosion resistance.
Falls das Rohstahlmaterial, das nicht gehärtet ist, speziell als das Endmaß in der Erfindung angewendet wird, kann ein stabiles Endmaß, das lange Zeit nutzbar ist, erhalten werden ohne die zeitabhängigen Veränderungen in der Abmessung aufgrund der strukturellen Ver änderung, die bewirkt wird, wenn das Material abschreckgehärtet wird. Außerdem sind Ab schreckhärtung, spezielle Wärmebehandlungen (Tieftemperatur- und Temperbehandlungen), künstliche Alterungsbehandlung und natürliche Alterung nicht erforderlich. Auf diese Weise können die Herstellkosten und die Herstellzeit vermindert werden.If the raw steel material that is not hardened, specifically as the gauge block in the invention a stable gauge block that can be used for a long time can be obtained without the time-dependent changes in dimension due to the structural ver Change that occurs when the material is quench hardened. In addition, Ab shock hardening, special heat treatments (low temperature and tempering treatments), artificial aging treatment and natural aging not required. In this way the manufacturing costs and the manufacturing time can be reduced.
Der Endmaßkörper, der mit dem DLC zu überziehen ist, kann auch eine Keramikmaterial oder Glas niedriger Wärmedehnung umfassen. Das Keramikmaterial ist vorzugsweise ein aus Zirkoniumoxid (ZrO2) bestehendes Material. Das Glas niedriger Wärmedehnung kann eine Festlösung sein, beispielsweise mit 60-70 Gewichts-% Siliziumdioxid (SiO2) als Haupt bestandteil, 15-25 Gewichts-% Aluminiumoxid (Al2O3) und 1,5-5 Gewichts-% Lithiumoxid (LiO2).The gauge block to be coated with the DLC can also comprise a ceramic material or low thermal expansion glass. The ceramic material is preferably a material consisting of zirconium oxide (ZrO 2 ). The low thermal expansion glass can be a solid solution, for example with 60-70% by weight silicon dioxide (SiO 2 ) as the main component, 15-25% by weight aluminum oxide (Al 2 O 3 ) and 1.5-5% by weight lithium oxide ( LiO 2 ).
Das Aufbringen des DLC-Filmes kann durchgeführt werden durch eine physikalische Auf dampfungsmethode, vorzugsweise eine Mehr-Lichtbogen-Ionenplattiermethode, die einen superdünnen DLC-Film mit einer Dicke von einigen nm oder weniger in guter Kontrollier barkeit bilden kann. Der zu bildende DLC-Film ist amorph, und seine Oberfläche weist Glattheit und einen niedrigen Reibungskoeffizienten auf. Dementsprechend wäre durch Po lieren des Endmaßkörpers in der Weise, dass die Abmessung zwischen den Bezugsflächen einen gewünschten Wert annimmt, Endpolieren nicht erforderlich, nachdem der DLC-Film gebildet ist.The DLC film can be applied by physical application vaporization method, preferably a multi-arc ion plating method, one super thin DLC film with a thickness of a few nm or less in good control availability. The DLC film to be formed is amorphous and has a surface Smoothness and a low coefficient of friction. Accordingly, would be through Po lieren of the gauge block in such a way that the dimension between the reference surfaces assumes a desired value, final polishing is not required after the DLC film is formed.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung gezeigten Ausführungsbei spiels näher beschrieben. In der Zeichnung zeigen:In the following the invention with reference to an embodiment shown in the drawing described in more detail. The drawing shows:
Fig. 1 ein Diagramm der Prozeßschritte zur Herstellung eines Endmaßes gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; und Figure 1 is a diagram of the process steps for producing a gauge block according to an embodiment of the invention. and
Fig. 2 ein Diagramm eines Ionenplattiergerätes zur Bildung eines DLC-Filmes gemäß der Ausführungsform. Fig. 2 is a diagram of a ion plating apparatus for forming a DLC film according to the embodiment.
Fig. 1 zeigt eine Schnittansicht Prozeßschritte zur Herstellung des Endmaßes. Fig. 1A zeigt einen verarbeiteten Querschnitt eines Endmaßkörpers 1. In dieser Ausführungsform ist der Endmaßkörper 1 hergestellt aus einem Rohstahlmaterial, das nicht abschreckgehärtet ist. Bezugsflächen A werden bearbeitet, um eine gewünschte Abmessung D zwischen ihnen zu erzielen, und sind fertigfeinpoliert. Fig. 1 shows a sectional view of process steps for producing the gauge block. Fig. 1A shows a cross section of a processed Endmaßkörpers. 1 In this embodiment, the gauge block 1 is made from a raw steel material that is not quench hardened. Reference surfaces A are machined to achieve a desired dimension D between them and are finish polished.
Dann wird ein DLC-Film 2 über Flächen des Endmaßkörpers 1 gebildet, wie in Fig. 1B gezeigt. In dieser Ausführungsform wurde Ionenplattierung angewendet, um den DLC-Film 2 zu bilden. Wie in Fig. 2 gezeigt. Ist das Ionenplattiergerät vom Mehrlichtbogentyp, wel ches eine Mehrzahl von Ionenquellen 21 umfaßt. Ein Substrathalter umfaßt einen Halter mit Eigendrehung/Umdrehung, mit einem Haupthalter 22, der zum Drehen angetrieben wird, und Teilhalter 23, die angetrieben werden, um sich an dem Haupthalter zu drehen. Der End maßkörper 1 wird an dem Teilhalter 23 montiert, wobei die Bezugsfläche A bei Bildung des DLC-Filmes senkrecht zu dem Teilhalter 23 gehalten wird. Ein Kohlenwasserstoffgas wird als Materialgas angewendet, von welchem das Plasma durch die Ionenquellen 21 verursacht wird. Das Anlegen einer negativen Vorspannung an den Substrathalter beschleunigt das durch das Plasma gelöste CxHy+, um den DLC-Film auf dem Endmaß zu bilden.Then, a DLC film 2 is formed over surfaces of the gauge block 1 as shown in Fig. 1B. In this embodiment, ion plating was used to form the DLC film 2 . As shown in Fig. 2. Is the multi-arc type ion plating device which includes a plurality of ion sources 21 . A substrate holder includes a self-rotating / rotating holder with a main holder 22 driven to rotate and sub-holders 23 driven to rotate on the main holder. The end measuring body 1 is mounted on the partial holder 23 , the reference surface A being held perpendicular to the partial holder 23 when the DLC film is formed. A hydrocarbon gas is used as the material gas from which the plasma is caused by the ion sources 21 . Applying a negative bias to the substrate holder accelerates the CxHy + dissolved by the plasma to form the DLC film on the gauge block.
Eine Filmbildungsbedingung für den DLC-Film umfaßt: einen Druck von 10-4 bis 10-5 Torr in der Kammer, eine Temperatur von Raumtemperatur bis 200°C sowie 0,5 bis 2 Stunden. Unter solchen Bedingungen kann ein DLC-Film 2 mit einer Dicke von 50-2000 nm über der Bezugsfläche A des Endmaßkörpers 1 gebildet werden. Bei der Bildung solch eines super dünnen Filmes kann der DLC-Film 2 die Abmessung D zwischen den Bezugsflächen A des Endmaßkörpers 1 innerhalb eines Toleranzbereiches beibehalten ohne das Erfordernis zum nochmaligen Fertigfeinpolieren der Flächen.A film formation condition for the DLC film includes: a pressure of 10 -4 to 10 -5 Torr in the chamber, a temperature of room temperature to 200 ° C and 0.5 to 2 hours. Under such conditions, a DLC film 2 with a thickness of 50-2000 nm can be formed over the reference surface A of the gauge block body 1 . When forming such a super thin film, the DLC film 2 can maintain the dimension D between the reference surfaces A of the gauge block 1 within a tolerance range without the need to finish polish the surfaces again.
Fig. 1B zeigt andere Flächen als die Bezugsflächen A in einem Zustand, in dem sie eben falls mit dem DLC-Film überzogen sind. Das Überziehen der gesamten Fläche mit dem DLC-Film ist effektiv zur Erzielung eines Rostschutzeffektes und eliminiert die Notwendig keit für eine spezielle Maskierung. Fig. 1B shows areas other than the reference areas A in a state in which they are just covered with the DLC film. Covering the entire surface with the DLC film is effective for achieving an anti-rust effect and eliminates the need for special masking.
Der absolute Toleranzwert der Abmessung zwischen den Bezugsflächen variiert gemäß der Größe des Endmaßes. Um erforderliche Bezugsflächen ohne die Ferigfeinpolierung zu er halten, sollte daher die Dicke des DLC-Filmes in einem Bereich einiger nm bis zu etwa 200 nm gesteuert werden. Diese durch die Ionenplattierung gebildete Dicke des DLC-Filmes kann leicht mit hoher Präzision innerhalb eines solchen Bereiches gesteuert werden. The absolute tolerance value of the dimension between the reference surfaces varies according to the Size of the gauge block. To achieve the required reference surfaces without the fine polishing should keep the thickness of the DLC film in a range of a few nm up to about 200 nm can be controlled. This thickness of the DLC film formed by the ion plating can be easily controlled with high precision within such a range.
Da in dieser Ausführungsform der Endmaßkörper 1 nicht abschreckgehärtet ist, beträgt seine ursprüngliche Härte etwa Hv = 230. Durch Aufbringen des DLC-Filmes 2 kann ein Endmaß mit einer hohen Härte von Hv = 3000-5000 erhalten werden. Zum Vergleich weist ein herkömmliches abschreckgehärtetes Stahlendmaß eine Härte von Hv = 800 auf, eine Zirkoniumoxid-Keramik nicht überzogen Hv = 1350 und ein Glas niedriger Wärmedehnung Hv = 700.Since the gauge block 1 is not quench-hardened in this embodiment, its original hardness is approximately Hv = 230. By applying the DLC film 2 , a gauge block with a high hardness of Hv = 3000-5000 can be obtained. For comparison, a conventional quench-hardened steel gauge block has a hardness of Hv = 800, a zirconium oxide ceramic not coated Hv = 1350 and a glass with low thermal expansion Hv = 700.
Wie oben beschrieben, kann gemäß der Erfindung ein Endmaß mit hoher Härte und ausge zeichneter Abrieb- und Korrosionsbeständigkeit erhalten werden. Da ein Rohstahlmaterial in dem Endmaßkörper 1 angewendet wird, kann ein Endmaß erhalten werden, welches die Strukturvariation, die in dem Stand der Technik durch Abschreckhärtung verursacht wür de, und die resultierende Zeitveränderung unterdrücken kann, und welche eine hohe Zuver lässigkeit über eine lange Zeitspanne aufrechterhalten kann. Außerdem sind die speziellen Wärmebehandlungen wie beispielsweise Tieftemperatur- und Temperbehandlungen nicht erforderlich, und so können die Kosten des Endmaßes reduziert werden.As described above, a gauge block with high hardness and excellent abrasion and corrosion resistance can be obtained according to the invention. Since a raw steel material is used in the gauge block body 1 , a gauge block can be obtained which can suppress the structural variation which would be caused by quench hardening in the prior art and the resulting change in time, and which maintain high reliability over a long period of time can. In addition, special heat treatments such as cryogenic and tempering treatments are not required, and the cost of the gauge block can be reduced.
In der obigen Ausführungsform ist es in dem Zustand von Fig. 1A auch effektiv, partiell nur die Bezugsflächen A des Endmaßkörpers abzuschrecken. Diese partielle Abschreck härtung kann praktisch durchgeführt werden durch eine Hochfrequenz-Härtungsmethode (eine Methode einer partiellen Härtung durch Fließen eines induzierten Stromes von der Primärspule, die eine in einer Hochfrequenzhärteeinrichtung enthaltene Spule ist, in ein Werkstück, das die Sekundärspule ist), eine Aufkohlungshärtungsmethode und eine Ni triermethode.In the above embodiment, in the state of FIG. 1A, it is also effective to partially quench only the reference surfaces A of the gauge block. This partial quench hardening can be practically performed by a high frequency hardening method (a method of partial hardening by flowing an induced current from the primary coil, which is a coil contained in a high frequency hardening device, into a workpiece, which is the secondary coil), a carburizing hardening method, and a nitrating method.
Eine solche partielle Abschreckhärtung kann den Effekt erzielen, eine Beule zu vermeiden, die auftritt, wenn der ganze Körper noch ein Rohstahlmaterial ist. Sie kann auch die Abrieb- und Korrosionswiderstände der Bezugsflächen in einem gewissen Ausmaß sicherstellen, selbst wenn der superdünne DLC-Film durch die Benutzung verschlissen ist. Außerdem kann, wenn nicht das Endmaß völlig abschreckgehärtet ist, die Strukturveränderung und die resultierende Zeitveränderung unterdrückt werden, sich nicht auszuwirken.Such partial quench hardening can achieve the effect of avoiding a bump which occurs when the whole body is still a raw steel material. It can also reduce and ensure corrosion resistance of the reference surfaces to a certain extent, even if the super thin DLC film is worn out by use. Moreover If the final dimension is not completely hardened, the structural change and the resulting time change can be suppressed, not affect.
Obwohl die obige Ausführungsform das Endmaß beschreibt, das aus einem Rohstahlmateri al mit DLC besteht, ist die Erfindung nicht auf diese Ausführungsform beschränkt, es kann vielmehr auch ein Endmaß aus einem Keramikmaterial oder Glas niedriger Wärmedehnung, überzogen mit DLC, angewendet werden.Although the above embodiment describes the gauge block made from a raw steel material al exists with DLC, the invention is not limited to this embodiment, it can rather a gauge block made of a ceramic material or glass with low thermal expansion, coated with DLC.
Gemäß der Erfindung wird die DLC-Beschichtung durchgeführt, wie oben beschrieben. Dementsprechend kann sie ein Endmaß schaffen, welches ausgezeichnete Abrieb- und Kor rosionsbeständigkeit ohne zeitabhängige Veränderungen in der Abmessung aufweist, und welche kostengünstig hergestellt werden kann.According to the invention, the DLC coating is carried out as described above. Accordingly, it can create a gauge block which has excellent abrasion and corrosion resistance to corrosion without time-dependent changes in dimension, and which can be manufactured inexpensively.
Nach Beschreibung der Ausführungsform gemäß der Erfindung werden andere Ausfüh rungsformen und Abwandlungen gemäß der Erfindung dem Fachmann erscheinen. Daher sollte die Erfindung nicht angesehen werden als beschränkt auf die offenbarten Ausfüh rungsform, sondern sollte vielmehr als nur durch den Gedanken und Rahmen der Erfindung beschränkt angesehen werden.Having described the embodiment according to the invention, other embodiments are described Forms and modifications according to the invention appear to those skilled in the art. Therefore the invention should not be considered limited to the disclosed embodiments rung form, but should rather than only by the idea and scope of the invention be viewed in a limited way.
Claims (6)
einen Endmaßkörper (1), und
einen diamantartigen Kohlenstoff-Film (2), der über dem Endmaßkörper (1) aufge bracht ist.1. Gauge, characterized by
a gauge block ( 1 ), and
a diamond-like carbon film ( 2 ), which is brought up over the gauge block ( 1 ).
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